PCB de cerámica

Entre os materiais habituais inclúense o óxido de aluminio (Al₂O₃, cunha pureza do 60 % ao 96 %), o nitruro de aluminio (AlN) e o óxido de berilio (BeO, que se substituirá gradualmente debido á súa toxicidade). O 96 % do óxido de aluminio representa máis do 60 % das aplicacións.

O Al₂O₃ (96 %) ten aproximadamente 25 W/m・K, o AlN alcanza os 170-230 W/m・K e o óxido de berilio (BeO) ten uns 250 W/m・K.

Óxido de aluminio (6-7 ppm/°C), nitruro de aluminio (4,5 ppm/°C), moito máis baixo que o FR4 (18-22 ppm/°C).

Á temperatura ambiente, a resistencia de illamento dos substratos de Al₂O₃ é >10¹⁴Ω e a dos substratos de AlN é >10¹³Ω.

A constante dieléctrica do óxido de aluminio ao 96 % é de aproximadamente 9,8 (1 MHz) e a do AlN é de aproximadamente 8,5 (1 MHz).

Temperatura de funcionamento: -55 ℃ ~ 300 ℃, pode soportar temperaturas altas a curto prazo superiores a 800 ℃.

A dureza Mohs é de 6-9, o óxido de aluminio (96%) alcanza o nivel 7, cunha alta dificultade de procesamento.

O Al₂O₃ (96 %) é de aproximadamente 3,85 g/cm³ e o AlN é duns 3,26 g/cm³.

Baixa perda dieléctrica (tanδ

Taxa de absorción de auga

Proceso de película grosa (serigrafía), proceso de película fina (pulverización catódica/evaporación), proceso de cocción (HTCC/LTCC), etc.

A temperatura de sinterización do HTCC é de 1500-1600 ℃, mentres que a do LTCC é de 850-900 ℃; o LTCC pode integrar compoñentes pasivos cun custo máis elevado.

O proceso de película fina pode acadar un ancho/espazado de liña de 10 μm/10 μm, e o proceso de película grosa é duns 100 μm/100 μm.

O diámetro mínimo do orificio para a perforación láser é de 50 μm e para a perforación mecánica é de 100 μm.

Unión directa de cobre (DBC), soldadura metálica activa (AMB), impresión de película grosa.

O grosor común da capa de cobre é de 0,1-0,3 mm, ata un máximo de 0,5 mm.

Forza de unión >25N/mm, os tempos de ciclo térmico superan as 1000 veces (-40℃~150℃).

Proceso de película fina Ra

Corte por láser, en dados, corte mecánico. A precisión do corte por láser é de ±25 μm.

O rendemento do proceso de película fina é de aproximadamente 85%-90% e o do proceso de película grosa é de aproximadamente 90%-95%.

Evitar o deseño en ángulo agudo, radio de filete ≥0,2 mm; engadir orificios de disipación de calor en zonas con tensión térmica concentrada.

Mediante unión por chip invertido, unión por fíos, soldadura eutéctica, etc., a unión por chip invertido ten unha resistencia térmica de ata 0,5 ℃/W.

Estacións base 5G (perda de sinal

Reducir a resistencia térmica. O uso de substratos de AlN en módulos IGBT pode reducir a resistencia térmica a 1,5 ℃/W.

Pódese usar en unidades de control do motor (ECU), con excelente resistencia a altas temperaturas e resistencia ás vibracións.

Substratos de disipación de calor para LED de alta potencia, con resistencia térmica reducible a menos de 3 ℃/W.

Para unha lámina de cobre de 1 onza cun aumento de temperatura de 10 ℃, unha liña de 1 mm de ancho pode transportar aproximadamente 2 A.

Apilado mediante procesos de co-cocción, o LTCC pode lograr como máximo máis de 100 capas.

A resistencia á flexión do Al₂O₃ (96 %) é >300 MPa e a do AlN >350 MPa.

Resistencia á radiación (pode soportar unha dose de 10⁶Gy), lixeiro (densidade aproximadamente 1/3 dos substratos metálicos).

Proba de ciclo térmico (-40 ℃~125 ℃, 1000 veces), proba de calor húmida (85 ℃/85 % HR, 1000 h).

Rachaduras na capa de metalización (tempos de ciclo de fallo do substrato Al₂O₃ DBC de aproximadamente 500-800 veces).

Un grosor de 1 mm pode soportar ≥5 kV, unha tensión inicial de descarga parcial >2 kV.

Proba de desprendimento da cinta (cinta 3M 610), sen desprendemento da capa metálica.

En condicións de traballo normais, pode chegar a máis de 10 anos e, en ambientes de alta temperatura e alta humidade, redúcese a 5 anos.

Detección de raios X, microscopio de varrido ultrasónico (C-SAM), cunha resolución de ata 10 μm.

Vibración sinusoidal de 5-2000 Hz, aceleración de 5 g, duración de 2 horas sen fisuras.

Proba de pulverización salina de 96 h (solución de NaCl ao 5%), sen corrosión da capa de metalización.

Modelo do corpo humano (HBM) >2 kV, modelo de máquina (MM) >200 V.

-40 ℃ ~ 150 ℃, tempo de conversión

O custo dos substratos cerámicos é de 5 a 10 veces maior que o do FR4, principalmente debido á complexidade dos materiais e procesos.

Produción en masa, optimización de procesos (como o uso de película grosa en lugar de película fina), selección de materiais de baixo custo (como o óxido de aluminio ao 60 %).

Mellor rendemento de illamento (os substratos metálicos necesitan capas de illamento) e o coeficiente de expansión térmica coincide mellor cos chips.

Óxido de aluminio (60 %)

Tipo de material, complexidade do proceso, número de capas, tamaño, cantidade do pedido.

Pódese conseguir mediante un proceso ríxido-flexible, cun aumento de custo do 20% ao 30%.

Representa arredor do 15%-20% do custo total e a mellora do rendemento pode reducilo significativamente.

Cando a cantidade do pedido supera as 5.000 pezas, o custo unitario diminúe significativamente.

Ciclo de desenvolvemento longo (3-6 meses), custo do molde elevado (uns 50.000-100.000 yuans).

O rendemento de disipación de calor dos substratos de AlN é 3 veces maior que o das placas de circuíto impreso baseadas en aluminio, pero o custo é 4 veces maior

Fixado con parafusos ou unido con adhesivo termocondutor (resistencia térmica

Temperatura máxima de soldadura por refluxo: 240-260 ℃, duración

Reelaborable, pero a alta temperatura pode causar rachaduras na cerámica cunha taxa de éxito de arredor do 70 %.

Limpar con limpeza ultrasónica con IPA (alcohol isopropílico) durante

Manteña a humidade do ambiente de funcionamento entre o 40 % e o 60 % e use pulseiras antiestáticas.

Selecciona materiais con coeficientes de expansión térmica similares e enche os ocos con graxa de silicona termocondutora.

Non se recomenda, xa que a tensión térmica pode causar rachaduras na cerámica.

Par de apriete para parafusos M3: 0,8-1,2 N・m para evitar a concentración de tensión.

Detecta puntos de acceso mediante imaxes térmicas infravermellas e comproba a conectividade mediante probas de resistencia.

Almacenamento: humidade

IPC-6012 (Especificación de rendemento para placas impresas ríxidas), MIL-P-55110 (Estándar militar).

Certificación UL (ignífugo), certificación RoHS (libre de substancias perigosas) e ISO 9001.

Cumpre as probas ambientais MIL-STD-810G con estritos requisitos de resistencia á vibración e ao impacto.

Requiren as certificacións AEC-Q100 (chips) e AEC-Q200 (compoñentes pasivos).

Cumpre coa normativa REACH da UE, que restrinxe o uso de substancias perigosas como o chumbo e o cadmio.

Clasificación UL 94 V-0 (sen propagación de chama), índice de osíxeno >30 %.

Cumprir co sistema de xestión da calidade de dispositivos médicos ISO 13485.

Requirir a certificación do sistema de xestión da calidade aeroespacial AS9100.

Cumpre as normas de radiación electromagnética EN 55032, emisións conducidas

Organismos de certificación externos: SGS, TÜV, Intertek.

Inspeccione o proceso de unión (por exemplo, a oxidación da lámina de cobre DBC) e reprocese a superficie.

Encha as gretas pequenas con resina epoxi; substitúa o substrato para gretas graves.

Axusta o perfil de temperatura de soldadura e controla a actividade do fluxo (grao RA).

Optimice o cableado, use materiais de baixa constante dieléctrica e engada capas de conexión a terra.

Inspeccionar as vías de condución térmica e probar a resistencia térmica (obxectivo

Proceso de sinterización irregular ou alivio de tensión térmica insuficiente; optimizar o proceso de fabricación.

Limpar con plasma para eliminar residuos orgánicos.

Proba de resistencia de illamento (1000 V CC) para localizar puntos de fuga.

Reforzar os revestimentos protectores (por exemplo, o chapado en níquel-ouradura) e evitar os gases corrosivos.

Aumentar o grosor do substrato (≥0,5 mm) e optimizar o deseño das esquinas.

Adelgazamento (

Nitruro de silicio (Si₃N₄), con alta condutividade térmica (100 W/m・K) e resistencia.

A impresión 3D cerámica permitiu crear estruturas complexas de disipación de calor cunha precisión de 50 μm.

Optimiza a distribución térmica mediante algoritmos de simulación, acurtando o ciclo de deseño nun 30 %.

Usado en módulos de potencia de SiC cunha taxa de crecemento anual do mercado superior ao 20 %.

A baixa perda dieléctrica satisfai as necesidades de comunicación de alta frecuencia, e espérase que a demanda medre un 50 % para 2025.

As pastas de película grosa a base de auga substitúen os solventes orgánicos para reducir as emisións de COV.

Dificultade para axustar os coeficientes de expansión térmica, o que require materiais de capa amortecedora.

A litografía EUV consegue circuítos de nivel de 10 nm, actualmente en fase de laboratorio.

A alta estabilidade a baixas temperaturas pode convertelos en soportes para chips cuánticos.

Resistencia máxima á temperatura: 800 ℃, o que require materiais de metalización a alta temperatura (por exemplo, o método de molibdeno-manganeso).

Soporta unha presión de 100 MPa e consegue a protección IP68 mediante encapsulado.

Empregar cerámica resistente á radiación (por exemplo, carburo de silicio) para protexer a radiación de neutróns.

Controlar a impedancia característica (50 Ω) e reducir a perda dieléctrica (tanδ

Adopta estruturas de disipación de calor de microcanles cunha densidade de fluxo de calor de ata 100 W/cm².

Requírese pasivación superficial, cumprindo as probas biolóxicas da norma ISO 10993.

Resistencia a altas temperaturas e illamento, mellorando a eficiencia do sistema entre un 1 % e un 2 %.

Cumpre os requisitos de illamento de CC de alta tensión (HVDC), resistencia á tensión ≥10 kV.

Use soportes amortecedores e evite frecuencias de excitación externas para a frecuencia natural.

Integración con chips MEMS para lograr a miniaturización e un deseño de baixo consumo